“氨
一、我国氢能职业展开的机会与应战
氢能具有绿色、高效、无碳排放和运用规模广等优势，展开氢能于2019年被初次写入《政府工作报告》。2021年3月，习近平总书记代表我国许诺力求2030年前完成碳达峰，2060年前完成碳中和，“碳达峰、碳中和”也于2021年被初次写入《政府工作报告》。运用氢能是完成碳达峰和碳中和的最可行途径之一，因而，展开氢能工业势在必行。据世界动力署估计，按照可持续展开道路，2040年全球“绿氢和蓝氢”的需求将达7500万吨。
但是，若要完成氢能工业的大规模运用，其面对的应战首要是低本钱高效能的燃料电池技能和安全高效的氢气储运技能。其间氢气储运难和安全性差是约束氢能工业展开的首要“瓶颈”。
首要，氢气因体积能量密度低需35~70 MPa的高压储运，导致氢气的储运本钱高；
其次，依据我国2019年发布的《我国氢动力及燃料电池工业白皮书》估计，2050年将建成1万座加氢站，按每座加氢站1500万~3000万元的建造本钱预算，需投入高达1500亿~3000千亿元，基建本钱高；
第三，2019年在挪威、韩国等国家20天内接连产生的三原因氢气储罐走漏引起的爆破事端，暴露了氢气易燃易爆、实质安全性弱的缺陷。
因而，要打破氢能工业展开的瓶颈，亟需结合我国动力及工业结构特征，展开老练、安全、高效的特征储运氢的道路及其配套工业链。
二、氨为打破氢能工业瓶颈供给了可行的处理途径
氨（NH3）是联系国计民生的根底的化工原料，广泛用于化肥、环保、军事、制冷等范畴。一起，氨作为高效储氢介质具有明显优势。
高能量密度：氨的体积能量密度达约13.6 MJ·L-1，1 L液氨 = 4.9 L高压氢（35.0 MPa）= 1200 L常温常压氢。
液化储运本钱低：氨只需加压至1.0 MPa即可以液态方式储运，一辆液氨槽罐车载氨量可达30 t（约含5.29 t氢），载氢量较长管拖车运氢（载氢量不到400 kg）进步1个数量级，因而运氨本钱（约0.001元·kg-1·km-1）也较运氢本钱（0.02~0.10元·kg-1·km-1）呈数量级下降。
无碳储能：氨老练的技能体系和标准标准及低本钱组成、存储和运送，可完成季节性、远距离、“无碳化”的“氨-氢”储能，且有研讨标明，在现在首要研讨的几类电制液体燃料技能（液氢、液氨、液化天然气、甲醇、有机液态储氢）中，电制氨的本钱最低，功率仅次于电制液氨。
安全性高：氨的火灾危险性仅为乙类，具有较氢气（4%~76%）更安全的爆破极限（16%~25%），其刺激性气味是牢靠的警报信号。
因而，展开以氨为储氢介质有望处理传统高压储运氢的难题。
众所周知，组成氨已有一百多年展开前史，针对氨的出产、储运及运用已构成了齐备的工业链、职业标准及安全标准。我国是可再生动力装机容量最大的国家，但因光伏、风电和水电等可再生动力存在间歇性、波动性和季节性等缺陷，导致存在很多“弃风、弃光和弃水”现象。据国家动力局计算，我国2018年全年“三弃”电量高达1.023×1011 kW·h，特别首要会集在西北、华北、西南等区域。
探究和展开可再生动力光解/电解水制氢耦合组成氨技能，可完成可再生动力电力的“消纳和调峰”，完成低本钱、跨地域长距离存储和运送，并与丰厚的氨下流工业相结合。例如，开始预算标明，运用氨作为储氢介质具有明显经济性，一是假如选用氨分化制氢现场为加氢站供氢，可将加氢站的加氢本钱降至35元·kg-1以下。二是若开发耦合“氨制氢-氢燃料电池”的直接氨燃料电池技能，完成用户终端“氨变电”，发电本钱约1元·(kW·h)-1或100 km车用燃料本钱约25元，并使现有氢燃料电池体系的续航才能提高近1倍。三是若选用氨作为车用燃料加注，加油站仅需稍加改造即可用于加氨，加氨站的改建本钱较加氢站的建造本钱估计可下降1个数量级。按照2050年我国建成1万座加氢站的方针，可节省近千亿元的根底设施建造出资。
因而，展开氨为储氢介质，可贯穿可再生动力、氢能和传统工业，开宣布一条契合我国动力结构特征的“清洁高效氨组成-安全低本钱储运氨-无碳高效氨氢运用”的全链条“氨-氢”绿色碳循环经济道路（图1），对保证国家动力环保安全和社会经济可持续展开具有重要意义。
图1 “氨-氢”绿色动力循环经济道路。
三、展开“氨-氢”动力绿色循环经济道路的技能应战及主张
依据以上剖析，氨作为抱负的储氢介质有望处理氢能工业展开存在的储运本钱高、能量密度低和实质安全性弱等应战性难题。世界上已连续发动氨动力演示项目，例如美国动力部的REFUEL方案、欧洲西门子公司及日本JGC公司针对“可再生动力-氨-电”的演示项目等。展开以氨作为清洁高效新动力，既完成传统组成氨工业节能减排，又贯穿可再生动力和新动力工业，具有巨大的运用远景。在德国H2Ber氢能演示项目的启发下，图2描绘了“氨-氢”动力“绿色碳”循环经济道路未来的运用场景。绿氨的出产和运用本钱首要遭到可再生动力电价的影响。估计到2035年，绿氨本钱为1700元·t-1，氨燃料电池的发电本钱为1.0元·(kW·h)-1；到2060年，绿氨本钱可进一步降至800元·t-1，氨变电本钱将至0.5元·(kW·h)-1以下。
图2 “氨-氢”动力“零碳”循环经济道路。
为完成“氨-氢”动力循环经济道路，仍需处理如下技能应战。
技能应战一：高性能低温低压组成氨和安全低温氨分化催化剂及反应器技能；
技能应战二：“间歇性可再生动力制氢-低温低压组成氨”体系的动态集配及管控技能；
技能应战三：安全低温氨制氢体系和氨燃料电池体系的高效集成及智控技能。
归纳上述应战及国内现状，福州大学的江莉龙和付贤智要点提出三方面主张。
榜首，在国家方针引导方面，政府牵头拟定“氨-氢”动力展开规划，从国家层面完善相应的法律法规，加强动力监管准则建造，引导全国各地结合当地优势布局“氨-氢”动力演示项目，逐渐优化动力工业结构；国家相关部分以氨为切入点之一推进氢能工业展开，针对氨作为动力载体和燃料运用，在设备标准、认证认可、安全要求等方面推出共性标准及标准。
第二，在研制渠道构建方面，整合优化国内相关优势技才能量，构建国家级多学科穿插的“氨-氢”动力立异渠道，统筹传统组成氨工业、可再生动力及氢能工业等相关工业链的各个环节；一起，经过政府引导，政产学研交融，组成“氨-氢”绿色循环经济道路的工业联盟。
第三，在要害技能开发方面，要点开发宽吸收光谱、高量子功率的光解水催化剂，创制高太阳能运用功率、可规模化扩大的光解水反应器及成套工艺，打破光催化分化水制氢技能；打破组成氨高温高压的约束，创制新式低温低压组成氨催化剂并完成规模化制备，展开间歇性可再生动力电解水制氢与组成氨耦合的非线性体系集成办理及智能操控技能，并展开温文条件下组成氨催化资料及工艺技能的前沿性探究；展开安全低温氨分化制氢催化剂的规划组成及其规模化制备，开发高效热集成的自热式氨分化制氢反应器，集成高纯度、高收率的氢提纯技能构成氨现场制氢加氢成套体系及工艺技能，集成燃料电池技能构成直接氨燃料电池成套体系及智控技能，并针对直接氨燃料电池展开氨氧化电极催化资料的立异规划及工艺开发。
争夺在2025年完成“可再生动力电解制氢-低温低压组成“氨-氨”现场制氢-直接氨燃料电池”改造性技能的运用演示落地；推进在2035年完成“光解/电解水制氢-温文条件下组成氨-直接氨燃料电池”颠覆性技能的立异展开。终究构成具有完好自主知识产权的“清洁低压组成氨-安全高效储运氨-无碳用氨”的绿色循环经济道路。
